Hiji studi anu inovatif ngalakukeun léngkah anu penting pikeun ngembangkeun sistem panyimpenan data digital berbasis DNA .
Data digital ayeuna nuju mekar kalayan laju anu éksponénsial kusabab gumantungna urang kana gadget sareng meryogikeun panyimpenan jangka panjang anu kuat. Panyimpenan data laun-laun janten nangtang sabab téknologi digital ayeuna teu tiasa nyayogikeun solusi. Conto na nyaéta langkung seueur data digital anu parantos didamel dina dua taun ka pengker tibatan dina sadaya sajarah komputer , kanyataanna 2.5 quintillion byte {1 quintillion byte = 2,500,000 Terabytes (TB) = 2,500,000,000 Gigabytes (GB)} data didamel unggal dinten di dunya. Ieu kalebet data dina situs jejaring sosial, transaksi perbankan online, rékaman perusahaan sareng organisasi, data tina satelit, panjagaan, panalungtikan, pamekaran jsb. Data ieu ageung sareng teu terstruktur. Ku alatan éta, ayeuna mangrupikeun tantangan anu ageung pikeun ngungkulan sarat panyimpenan anu ageung pikeun data sareng kamekaran éksponénsialna, khususna pikeun organisasi sareng perusahaan anu meryogikeun panyimpenan jangka panjang anu kuat.
Pilihan anu sayogi ayeuna nyaéta hard disk, cakram optik (CD), stik memori, flash drive, sareng kaset drive anu langkung maju atanapi cakram BluRay optik anu nyimpen kira-kira 10 Terabytes (TB) data. Alat panyimpen sapertos kitu sanaos dianggo biasana ngagaduhan seueur kalemahan. Anu mimiti, aranjeunna gaduh umur rak low-to-medium sareng aranjeunna kedah disimpen dina kaayaan suhu sareng kalembaban anu idéal pikeun tiasa tahan mangpuluh-puluh taun sahingga peryogi tempat panyimpen fisik anu dirancang khusus. Ampir sakabéh ieu meakeun loba kakuatan, gede pisan tur praktis tur bisa ruksak dina ragrag basajan. Sababaraha di antarana pisan mahal, anu mindeng plagued kalawan kasalahan data sahingga teu cukup kuat. Hiji pilihan anu geus ditarima sacara universal ku organisasi disebut komputasi awan - hiji susunan nu hiji pausahaan dasarna nyewa "luar" server pikeun nanganan sagala IT na syarat gudang data, disebut "awan". Salah sahiji kalemahan utama komputasi awan nyaéta masalah kaamanan sareng privasi sareng kerentanan diserang ku peretas. Aya ogé masalah sanés sapertos biaya anu ageung, kontrol terbatas ku organisasi induk sareng kagumantungan platform. Komputasi awan masih katingali alternatif anu hadé pikeun neundeun jangka panjang. Nanging, sigana inpormasi digital anu dibangkitkeun sadunya pasti nyusul kamampuan urang pikeun nyimpen éta sareng solusi anu langkung kuat diperyogikeun pikeun ngalayanan banjir data ieu bari nyayogikeun skalabilitas pikeun ngémutan kabutuhan panyimpen anu bakal datang ogé.
Naha DNA tiasa ngabantosan dina neundeun komputer?
DNA urang (asam déoksiribonukléat) keur dianggap salaku média alternatif anu pikaresepeun pikeun panyimpenan data digital. DNA nyaéta bahan anu bisa ngagandakeun diri anu aya dina ampir sadaya organisme hirup sareng anu ngawangun informasi genetik urang. DNA jieunan atanapi sintétis nyaéta bahan anu awét anu tiasa didamel nganggo mesin sintésis oligonukleotida anu sayogi sacara komersil. Kauntungan utama DNA nyaéta umur panjangna sabab DNA tahan 1000 kali langkung lami tibatan silikon (chip silikon - bahan anu dianggo pikeun ngawangun komputer ). Anu luar biasa, ngan ukur hiji milimeter kubik DNA tiasa nahan sakiloliun bait data! DNA ogé mangrupikeun bahan ultrakompak anu henteu pernah ruksak sareng tiasa disimpen di tempat anu tiis sareng garing salami ratusan abad. Ideu ngagunakeun DNA pikeun panyimpenan parantos aya ti saprak taun 1994. Alesan utama nyaéta cara anu sami dimana informasi disimpen dina komputer sareng dina DNA urang - kumargi duanana nyimpen cetak biru informasi. Komputer nyimpen sadaya data salaku angka 0 sareng 1 sareng DNA nyimpen sadaya data organisme hirup nganggo opat basa - timin (T), guanin (G), adénin (A) sareng sitosin (C). Ku kituna, DNA tiasa disebat alat panyimpen standar, sapertos komputer, upami basa ieu tiasa diwakilan salaku angka 0 (basa A sareng C) sareng 1 (basa T sareng G). DNA téh awét sareng tahan lami, réfléksi anu paling saderhana nyaéta kode genetik urang - cetak biru sadaya inpormasi urang anu disimpen dina DNA - dikirimkeun sacara efisien ti hiji generasi ka generasi salajengna sacara berulang. Sadaya raksasa perangkat lunak sareng perangkat keras resep nganggo DNA sintétis pikeun nyimpen jumlah anu ageung pikeun ngahontal tujuanana pikeun ngarengsekeun arsip data jangka panjang. Ideuna nyaéta pikeun mimiti ngarobih kode komputer 0 sareng 1 kana kode DNA (A, C, T, G), kode DNA anu dirobih teras dianggo pikeun ngahasilkeun untaian DNA sintétis anu teras tiasa disimpen dina panyimpenan tiis. Iraha waé diperyogikeun, untaian DNA tiasa dipiceun tina panyimpenan tiis sareng inpormasina didekodekeun nganggo mesin sekuensing DNA sareng runtuyan DNA pamustunganana ditarjamahkeun deui kana format komputer binér 1 sareng 0 pikeun dibaca dina komputer.
Geus ditémbongkeun yén ngan sababaraha gram DNA bisa nyimpen quintillion byte data sarta ngajaga éta tetep utuh nepi ka 2000 taun. Sanajan kitu, pamahaman basajan ieu geus nyanghareupan sababaraha tantangan. Kahiji, éta rada mahal sarta ogé hésé pisan pikeun nulis data kana DNA nyaéta konvérsi sabenerna 0 jeung 1 kana basa DNA (A, T, C, G). Kadua, sakali data "ditulis" kana DNA, hésé pikeun manggihan sarta meunangkeun file sarta merlukeun téknik anu disebut sekuensing DNA – prosés nangtukeun urutan basa anu tepat dina molekul DNA – sanggeus éta data didekodekeun deui ka 0 jeung 1.
Hiji panilitian anyar ku para ilmuwan ti Microsoft Research sareng Universitas Washington parantos ngahontal "aksés acak" dina panyimpenan DNA. Aspék "aksés acak" penting pisan sabab hartosna inpormasi tiasa ditransfer ka atanapi ti tempat (umumna mémori) dimana unggal lokasi, henteu paduli dimana dina runtuyan sareng tiasa diaksés langsung. Ngagunakeun téknik aksés acak ieu, file tiasa dicandak tina panyimpenan DNA sacara selektif dibandingkeun sareng sateuacanna, nalika pamulihan sapertos kitu meryogikeun kabutuhan pikeun ngurut sareng ngadekodekeun sadaya sét data DNA pikeun mendakan sareng ngekstrak sababaraha file anu dipikahoyong. Pentingna "aksés acak" langkung ningkat nalika jumlah data ningkat sareng janten ageung sabab ngirangan jumlah sekuensing anu kedah dilakukeun. Ieu mangrupikeun anu munggaran kalina aksés acak parantos dipidangkeun dina skala anu ageung sapertos kitu. Para panaliti ogé parantos ngembangkeun algoritma pikeun ngadekode sareng mulangkeun data langkung efisien kalayan langkung toleransi kana kasalahan data anu ngajantenkeun prosedur sekuensing ogé langkung gancang. Leuwih ti 13 juta oligonukleotida DNA sintétis dikodekeun dina ieu panilitian, nyaéta data ukuran 200MB anu diwangun ku 35 file (ngandung pidéo, audio, gambar, sareng téks) kalayan ukuran ti 29KB dugi ka 44MB. File-file ieu dicandak sacara individual tanpa aya kasalahan. Ogé, panulis parantos nyiptakeun algoritma énggal anu langkung kuat sareng tahan kana kasalahan dina nyerat sareng maca runtuyan DNA. Panilitian ieu diterbitkeun dina Nature Biotechnology dina kamajuan utama anu nunjukkeun sistem skala ageung anu layak pikeun panyimpenan sareng pamulihan DNA.
Sistem panyimpenan DNA katingalina pikaresepeun pisan sabab gaduh kapadetan data anu luhur, stabilitas anu luhur sareng gampang disimpen tapi tangtosna seueur tantangan sateuacan tiasa diadopsi sacara universal. Sababaraha faktor nyaéta decoding DNA (sekuensing) anu intensif waktos sareng tanaga gawé sareng ogé sintésis DNA . Téhnik ieu meryogikeun akurasi anu langkung ageung sareng cakupan anu langkung lega. Sanaos kamajuan parantos dilakukeun dina widang ieu, format anu pasti dimana data bakal disimpen dina jangka panjang sabab DNA masih mekar. Microsoft parantos jangji pikeun ningkatkeun produksi DNA sintétis sareng ngatasi tantangan pikeun ngarancang sistem panyimpenan DNA anu beroperasi pinuh dina taun 2020.
***
Sumber (s)
1. Erlich Y sareng Zielinski D 2017. DNA Fountain ngamungkinkeun arsitéktur panyimpenan anu kuat sareng efisien. Élmu. 355(6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Organick L et al. 2018. Aksés acak dina panyimpenan data DNA skala ageung. Biotéhnologi Alam. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
***
